superintercambio
El superintercambio , o superintercambio de Kramers-Anderson , es el acoplamiento antiferromagnético fuerte (generalmente) entre dos cationes vecinos próximos al más cercano a través de un anión no magnético . De esta manera, se diferencia del intercambio directo, en el que hay acoplamiento entre los cationes vecinos más cercanos que no involucran un anión intermediario. El superintercambio es el resultado de que los electrones provengan del mismo átomo donante y se acoplen con los espines de los iones receptores. Si los dos iones positivos vecinos más cercanos están conectados a 90 grados con el anión no magnético puente, entonces la interacción puede ser una interacción ferromagnética .
El superintercambio fue propuesto por Hendrik Kramers en 1934, cuando notó que en cristales como MnO, hay átomos de Mn que interactúan entre sí a pesar de tener átomos de oxígeno no magnéticos entre ellos. [1] Phillip Anderson luego refinó el modelo de Kramers en 1950. [2]
John B. Goodenough y Junjiro Kanamori desarrollaron un conjunto de reglas semiempíricas en la década de 1950. [3] [4] [5] Estas reglas, ahora denominadas reglas de Goodenough-Kanamori , han demostrado tener un gran éxito en la racionalización de las propiedades magnéticas de una amplia gama de materiales a nivel cualitativo. Se basan en las relaciones de simetría y la ocupación de electrones de los orbitales atómicos superpuestos (suponiendo que el Heitler-London localizado o el enlace de valencia, el modelo es más representativo del enlace químico que el modelo deslocalizado o Hund-Mulliken-Bloch). Esencialmente, el principio de exclusión de Pauli dicta que entre dos iones magnéticos con orbitales semiocupados, que se acoplan a través de un ion no magnético intermediario (por ejemplo, O 2− ), el superintercambio será fuertemente antiferromagnético mientras que el acoplamiento entre un ion con un orbital lleno y uno con un orbital medio lleno será ferromagnético. El acoplamiento entre un ion con un orbital medio lleno o lleno y uno con un orbital vacío puede ser antiferromagnético o ferromagnético, pero generalmente favorece el ferromagnético. [6]Cuando múltiples tipos de interacciones están presentes simultáneamente, la antiferromagnética es generalmente dominante, ya que es independiente del término de intercambio intraatómico. [7] Para casos simples, las reglas de Goodenough-Kanamori permiten fácilmente la predicción del intercambio magnético neto esperado para el acoplamiento entre iones. Comienzan a surgir complicaciones en diversas situaciones: 1) cuando los mecanismos de intercambio directo y superintercambio compiten entre sí; 2) cuando el ángulo del enlace catión-anión-catión se desvía de 180°; 3) cuando la ocupación de electrones de los orbitales es no estática o dinámica; y 4) cuando el acoplamiento espín-órbita se vuelve importante.
El intercambio doble es una interacción de acoplamiento magnético relacionada propuesta por Clarence Zener para explicar las propiedades del transporte eléctrico. Se diferencia del superintercambio de la siguiente manera: en el superintercambio, la ocupación de la capa d de los dos iones metálicos es la misma o difiere en dos, y los electrones están localizados. Para otras ocupaciones (doble intercambio), los electrones son itinerantes (deslocalizados); esto da como resultado que el material muestre acoplamiento de intercambio magnético, así como conductividad metálica.
Los orbitales p del oxígeno y los orbitales d del manganeso pueden formar un intercambio directo. Hay orden antiferromagnético porque el estado de singlete se ve favorecido energéticamente. Esta configuración permite una deslocalización de los electrones involucrados debido a una disminución de la energía cinética. [ cita requerida ]
La teoría de la perturbación de la mecánica cuántica da como resultado una interacción antiferromagnética de los espines de los átomos de Mn vecinos con el operador de energía ( hamiltoniano )
